文章来源：于锋, 尹祉力, 张洁, 吕银, 吴建宁, 魏忠. 基于“三个融合”理念的“大实验教学”创新模式——以材料科学与工程一流本科专业建设为例. 石河子大学高等教育研究, 2021, 33(4): 43-46.

基于“三个融合”理念的“大实验教学”创新模式

——以材料科学与工程一流本科专业建设为例

摘要：实验教学已经成为一流本科专业建设和“新工科”建设过程中本科教学的重要组成部分。本文以材料科学与工程专业为例，探索了本科“大实验教学”模式，形成了贯穿于“三个融合”理念的“大实验教学”创新模式。通过基础实验教学、专业实验教学、大型仪器实验教学等促进理实融合，通过实习实训教学促进产教融合，通过前沿领域自主型实验教学促进科教融合。“大实验教学”模式可以有效促进学生对理论知识的掌握，对企业生产一线的认知，对科学前沿研究方向的了解，有利于培养学生的新工科素养和实践能力，有利于激励学生成为创新型卓越工程人才。

关键词：大实验教学; 三个融合; 一流本科; 新工科

Innovative mode of "great experimental education" based on the concept of "three fusions"

——Taking first-class undergraduate specialty construction of materials science and engineering as an example

Feng Yu^1,2, Zhili Yin¹, Jie Zhang¹, Yin Lv¹, Jianning Wu¹, Zhong Wei¹

¹ Key Laboratory for Green Processing of Chemical Engineering of Xinjiang Bingtuan, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shihezi University, Shihezi 832003, China.

² Bingtuan Industrial Technology Research Institute, Shihezi University, Shihezi 832003, China.

Abstract: Experimental education has become an important part in the process of first-class undergraduate specialty construction and "new engineering" construction. In this paper, materials science and engineering was taken as an example. Innovative mode of "great experimental education" based on the concept of "three fusions" was formed and discussed. Firstly, fusion of theory and practice was carried out through basic experimental teaching, professional experimental teaching and large-scale instrument experimental teaching. Then, integration of industry and education was promoted by the practice and training teaching. Finally, integration of science and education was enforced by independent experimental teaching in frontier field. "great experimental education" not only improved students’ mastery of theoretical knowledge and cognition of industry production line, but also promoted their understanding of scientific frontier research. It is conducive to cultivating students' new engineering literacy and practical ability, and encouraging students to become innovative and outstanding engineering talents.

Key words: great experimental teaching; three fusions; first-class undergraduate; new engineering

Three fusions

一、引言

目前，我国高等教育努力提升内涵式发展，全面推进高校人才培养能力，提升本科教育质量，培养一流人才，特别是一流本科专业建设和新工科建设。“三个融合”是提升教学水平和人才培养质量不可或缺的着力点。其中，理实融合是教育教学的基本规律，可以有效促进理论教学与实践教学的结合，有利于夯实学生的理论基础，提升学生分析问题解决问题的能力；产教融合可以有效促进产业与教育的深度合作，有利于提高学生的综合素质和适应能力，同时推动经济社会发展和一流本科建设结合；科教融合已经成为全世界大学办学的核心理念，可以有效促进高水平科技创新成果与人才培养的结合，有利于培养学生的创新思维和创新能力。¹

近年来，实验教学已经成为一流本科专业建设和“新工科”建设过程中本科教学的重要组成部分。全国高校也非常重视实验教学的组织和实施，以求全面提升教学质量。石河子大学材料科学与工程专业积极加强一流本科专业建设和“新工科”建设，探索“大实验教学”模式，践行“三个融合”理念。所谓的“大实验教学”就是除了传统的基础实验教学外，再加上实习实训和科研项目训练等教学板块而组成的。

图1材料科学与工程专业“大实验教学”创新模式与“三个融合”的梯度示意图。

图2贯穿“三个融合”理念的本科“大实验教学”创新模式探索。

本文对石河子大学2019版材料科学与工程专业人才培养方案中的“大实验教学”模式进行了探讨。如图1所示，相比于传统的相对孤立的实验教学模式，在“大实验教学”过程中，通过基础实验（260学时）、专业实验（128学时）、大型仪器实验（48学时）等促进理实融合，通过实习实训促进产教融合（320学时），通过前沿领域自主型实验促进科教融合（560学时）。“三个融合”有机结合，形成梯度进阶。与此同时，采用“五位一体”实验教学与管理模式，由公共基础实验中心、系、分析测试中心、生产基地、科研团队等分别负责课程的组织与实施（图2）。“大实验教学”模式可以有效促进学生对理论知识的掌握，对生产一线的认知，对科学前沿研究方向的了解。有利于培养学生的新工科素养，培养学生的动手能力、实践能力和创新能力，形成系统思维方法、社会责任感和终身学习观，有利于激励学生成为创新型卓越工程人才。

二、深化常规实验教学，践行理实融合

理实融合在实验教学中尤为重要，可以有效促进理论教学与实践教学的紧密结合。在该教学环节，共有理论课时568学时，对应的实践课时436学时（图3），特别是基础实验、专业实验和大型仪器实验。学生能够在实验的过程中，运用所学知识，学以致用，夯实理论基础，增加实践经验。在信息能力和信息素养的基础上，通过理实融合的实验教学，提高学生的动手能力。同时，在实验过程中，建立学生的系统思维方法，运用系统的观点，立足于整体和全局，注重实验过程中理论知识与实验环境、主观认识与客观现象、整体结果与部分过程之间的相互作用，能够原则性与灵活性地进行有机结合。²

图3理实融合环节中的实验相关课程：（a）基础实验课程、（b）专业实验课程和（c）大型仪器实验课程。

 首先，基础实验主要由跨学科的公共基础实验教学平台承担，有效地融合了有化学、物理和机电等相关实验，为材料科学与工程专业的基础实验教学提供了保障。³如图3a所示，化学类实验主要由化学化工学院实验中心负责，主要有《无机化学实验B》、《分析化学实验》、《有机化学实验C》、《物理化学实验A》等四大化学实验，共116学时，3.5个学分。物理类实验主要由理化院实验中心负责，包括了《大学物理实验（一）》，共32学时，1.0个学分。机电类实验主要有机械电气工程学院实验中心负责，包括了《电工学实验》和《机械设计基础课程设计》两门课，共112学时，3.0个学分。通过基础知识教学和基础实验教学，可以强化学生对理论知识、基本参数、实验技能、实验方法等学习和运用。^{4, 5}这种理实融合的教学模式，不仅能够加强学生知识的构建，而且有利于提升学生的实验操作和动手能力。

其次，专业实验教学主要由材料科学与工程系负责，包括实验室管理、实验仪器购置、实验设计、实验迭代等。如图3b所示，该部分的实验课程主要有《材料工程基础实验》、《材料制备与物性分析实验》、《材料科学与工程综合实验（一）》和《材料科学与工程综合实验（二）》等四门课程构成，共128学时，4.0个学分。该阶段通过学生的学习加强对专业知识的理解，特别是通过材料的制备、成型加工、性能测试等，加强对材料的整体认知，培养学生解决工程问题的能力。^{6, 7}

第三，大型仪器实验教学主要有分析测试中心负责，主要是利用各种大型仪器设备对材料的结构形貌进行表征，对性能进行测试，以便于分析加工工艺与制备方法等对形成机理的影响规律。如图3c所示，该部分课程主要是《材料现代分析与检测技术实验》，共48学时，1.5个学分。该阶段，可以充分发挥分析测试中心大型仪器平台的优势，有利于全面培养学生的仪器的操作能力，培养学生对物质进行定性分析、定量分析、形态分析等分析能力。⁸⁹ 通过大型仪器实验教学，可以有效提升学生的动手能力，锻炼学生的系统思维方法，有助于学生综合素质的提升。¹⁰

三、强化实习实训教学，落实产教融合

产教融合是“双一流”建设高校培养学生实践能力的必然选择。在该阶段的教学过程中，利用校内的中试平台和校外的企业生产基地作为实践教学平台，推动学校与企业联合培养人才，提升学生的实践能力和社会责任感。¹¹该阶段教学环节主要有《认识实习》、《金工实习》、《工程设计训练》和《生产实习》等课程组成，共计学时8周，8.0个学分（图4）。

图4 产教融合环节中的实习实训课程。

通过认识实习环节，学生可以在真实的企业生产过程中，了解企业发展现状，了解产业和技术最新发展成果，了解企业在地区经济和社会发展需要中存在的困难问题等。在实训环节，学生主要在校内中试平台完成金工实习和工程设计训练，强化学生对材料的设计、制备、分析、加工与生产等工艺的认识，为后期参与生产实践打下基础。在生产实践环节，学生参与到企业生产的相关环节，利用掌握的基础知识和专业技能，从事到技术开发、技术改造、科学研究及工程应用过程中。¹²同时，校企双方根据企业需求，不断完善方案，加强基地建设，优化教学内容，及时更新实践内容，培养具有较高的实践能力和社会责任感的专业人才，形成良性的科教融合互动，

四、加强前沿领域实验教学，促进科教融合

科教融合已经成为“双一流”建设高校办学的核心理念，高水平科技创新平台和高层次人才培养相结合的科教并重是发展的必然选择，是科研与教学的相辅相成的必然结果。¹³以科学研究团队为主，引入高质量的研究成果，通过合理的设计，开设研究型课题，把优质的科研资源转化为教学资源，将前沿领域实验融入到本科毕业论文设计、大学生研究训练计划项目、自主实验、各种创新型实验大赛等过程中，可以有效激发学生的学习兴趣和热情，培养学生的创新思维和创新能力，树立终身学习的理念，为社会的发展提供创新型人才。

首先，鼓励学生参加各类实验大赛，以赛促学、以赛促教。近年来，该专业学生积极参与到科研团队的前沿领域实验中，并借此参加各类相关的比赛，例如，3D打印创意大赛、中国大学生高分子材料创新创业大赛、全国大学生化学电源设计大赛、“创青春”中国青年创新创业大赛、国际 “互联网+”大学生创新创业大赛等。在组织学生进行参加比赛的过程中，充分调动了学生的积极性和主动性，学生的创新能力和团队协作能力得到了极大的提高，有利于提高后期的毕业论文设计的质量。¹⁴如图5所示，该专业的学生获得的校级奖励从2017年的23人次上升至2020年的38人次，国家级奖励从2017年的1人次上升到2019年的34人次。虽然，2020年的国家级获奖数目由于受新冠疫情的影响有所减少，但是校级奖励数目依然保持持续增长的趋势。

图5 材料科学与工程专业学生参加与前沿领域实验相关的比赛获奖情况。

 其次，引导学生进入科研团队，参与科研活动和科研课题，特别是创新训练项目中，以项目为驱动促进“学”与“习”。通过项目，学生可以通过参与科研，了解科学研究的前沿成果和动态，有助于学生开拓思路和自我学习，采用科学方法去发现问题、分析问题和解决问题。通过前沿领域实验活动的科教融合，老师真正实现研究型教学，学生实现探索式学习，有助于共同提高。在此过程中，不仅加深学生对知识点的综合理解，也培养了学生的基础科研能力，鼓励学生参与科研工作。同时，实现了学生创新能力的提升，为学生的全面发展提供了保障。

第三，指导学生设计毕业论文的研究方案，提升毕业论文质量。毕业论文是学生完成的一项创新型活动，是对学生综合能力的考察。毕业论文的学时共14周，8.0个学分。通过科学研究团队指导学生解决科研中存在的问题，更好地培养学生的解决实际问题的能力，同时激发学生的责任感、使命感，通过交流、合作和探讨，利用主观能动性解决问题。¹⁵ 通过不断的分析和优化，有助于提高学生的毕业论文质量和学生的创新能力，树立终身学习的理念。^{16, 17}

五、结语

通过“大实验教学”模式的探索，石河子大学材料科学与工程专业很好地实现了“三个融合”。学生学习效果显著。特别是实在创新型实验、竞赛和大论文质量中体现的更为明显。“大实验教学”模式可以有效促进学生对理论知识的掌握，对生产一线的认知，对科学前沿研究方向的了解。有利于培养学生的新工科素养，培养学生的动手能力、实践能力和创新能力，形成系统思维方法、社会责任感和终身学习观，有利于激励学生成为创新型卓越工程人才。

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文章来源：于锋, 尹祉力, 张洁, 吕银, 吴建宁, 魏忠. 基于“三个融合”理念的“大实验教学”创新模式——以材料科学与工程一流本科专业建设为例. 石河子大学高等教育研究, 2021, 33(4): 43-46.